51單片機(jī)數(shù)碼管計(jì)算器課設(shè)報(bào)告(DOC)

1、課程名稱：微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)題目51單片機(jī)共陰極數(shù)碼管計(jì)算器課程設(shè)計(jì)報(bào)告2摘要近幾年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)合，加以完善。本設(shè)計(jì)是基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行的十進(jìn)制計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以完成計(jì)算器的鍵盤輸入進(jìn)行加、減、乘、 除的簡(jiǎn)單四則運(yùn)算 并在4位數(shù)碼管上相應(yīng)的顯示結(jié)果。 硬件方面從功能考慮首先選擇內(nèi)部存儲(chǔ)資源豐富的STC89C52單片機(jī)輸入采用4X4矩陣鍵盤。顯示采用4位7段共陰極數(shù)碼 管動(dòng)態(tài)顯示。軟件方面從分析計(jì)算器功能

2、、流程圖設(shè)計(jì)再到程序的編寫進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。編程語(yǔ)言方面選用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，并選用全球編譯效率最高的KEIL公司的 卩Vision2軟件，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程并用Proteus仿真。通過(guò)最后的調(diào)試和測(cè)試，本計(jì)算器可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的 四位數(shù)的加減乘除功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，計(jì)算器，共陰極數(shù)碼管，矩陣鍵盤3目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)要求.4.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) .41.2設(shè)計(jì)的目的 .41.3設(shè)計(jì)要求 .4二、方案總體設(shè)計(jì).5.2.1系統(tǒng)模塊圖 .52.2總體方案工作原理 .5三、硬件設(shè)計(jì).6.3.1整個(gè)單片機(jī)的接口電路 .63.2單片機(jī)STC89C52說(shuō)明 .63.3引腳說(shuō)明 .73.4計(jì)算器系統(tǒng)現(xiàn)狀 .83.5最小系統(tǒng)

3、原理圖 .93.6顯示電路 .113.7按鍵輸入電路 .13四、軟件設(shè)計(jì) .1.5.五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 .1.6.5.1采用KEIL開(kāi)發(fā)的89c52單片機(jī)應(yīng)用程序步驟 .165.2硬件電路圖的接法操作 .165.3單片機(jī)系統(tǒng)Proteus設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程 .165.4 STC-ISP程序燒錄軟件 .175.5實(shí)物圖 .185.6仿真圖 .195.7計(jì)算展示 .19六、設(shè)計(jì)總結(jié) .2.2.七、參考文獻(xiàn) .2.3.4、設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)滿足計(jì)算器的基本要求，可以基本的運(yùn)算（加減乘除），數(shù)據(jù)歸零，利用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)符合功能的計(jì)算器，并用LED碼管顯示數(shù)據(jù)，4*4的矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。在

4、進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，按等號(hào)鍵能將最后結(jié)果輸送給數(shù)碼管并顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)仿真和調(diào)試要用到Protues、Keil等軟件。1.2 設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)制作與調(diào)試，學(xué)習(xí)掌握1）單片機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)流程；2）單片機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件調(diào)試方法及相關(guān)工具的使用；3）Protues繪制電路原理圖的方法；4）各種常見(jiàn)元器件的選擇及使用。1.3 設(shè)計(jì)要求通過(guò)簡(jiǎn)易計(jì)算器制作，使計(jì)算器能夠進(jìn)行加、減、乘、除簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算。5、方案總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于52系列單片機(jī)來(lái)進(jìn)行的數(shù)字計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以完成計(jì)算器的鍵盤輸 入，鍵盤電路采用4*4矩陣鍵盤電路，進(jìn)行加、減、乘、除基本四則運(yùn)算，并在4位共陰極數(shù)碼管顯示相應(yīng)的結(jié)果

5、；設(shè)計(jì)電路采用STC89C52單片機(jī)為主要控制芯片，利用軟件方面使用C語(yǔ)言編程，并用Protues仿真。2.1 系統(tǒng)模塊圖圖1系統(tǒng)模塊圖2.2 總體方案工作原理本系統(tǒng)選用以STC89C52C單片機(jī)為主控機(jī)。通過(guò)擴(kuò)展必要的外圍接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì) 算器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)框圖如下圖2圖2系統(tǒng)框圖三、硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支， 也是頗具生命力的機(jī)種。 單片機(jī)微型 計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)， 特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常， 單片機(jī)由單塊集成電 路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。 因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可

6、成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。通常， 單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成， 內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件， 中央處理 器，存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可 成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。隨著6社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，人們的生活水平在逐步的提高， 尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展， 猶如雨后春筍般的變化。 單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越貼近生活， 用 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一些電子設(shè)計(jì)也變得容易起來(lái)。 計(jì)算器在人們的日常中是比較的常見(jiàn)的電子產(chǎn) 品之一?？墒撬€在發(fā)展之中， 以后必將出現(xiàn)功能更加強(qiáng)大的計(jì)算器， 基于這樣的理念，本 次設(shè)計(jì)是用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)的計(jì)算器。3.1 整個(gè)單片機(jī)的接口電路P0用

7、于顯示輸出；P1用于鍵掃描輸入；P2用于數(shù)碼管位選控制。3.2 單片機(jī) STC89C52 說(shuō)明STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、 高性能CMOS8位微控制器， 具有8K在 系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯 片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線， 看門狗定時(shí)器， 內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)

8、器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí) 中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)） ，全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作， 支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。 空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 串口、 中斷繼續(xù)工作。 掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存， 振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口， 外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口， 外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（

9、40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0端口（3239腳）被定義為N1功能控 制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚 調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。3.3 引腳說(shuō)明1）P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出 口用時(shí)，每位7能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)

10、TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫 “1”時(shí)， 可作為高阻抗輸入端用；在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù) 據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻；在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)， 要求外接上拉電阻。2）P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或 輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。 對(duì)端口寫 “1，”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到 高電平，此時(shí)可作輸入口。 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被 外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）；與AT89C51不同之處是，P1.0

11、和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸 入 （P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）,Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。3）P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收 或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1，”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端 口拉到高電平， 此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）；在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如 執(zhí)行MOV

12、X RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容；Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。4)P3口：8P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻 拉高并可作為輸入端口。 此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）；P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能；P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5）其它的控制或復(fù)用引腳：（ALE/PROG 30訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的 低位字節(jié)。即

13、使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)（此頻率是振蕩器頻率的1/6）。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳用于輸入編程脈沖PROG；PSEN 29該引是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖即兩次有效。但訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；EA/Vpp 31夕卜部訪問(wèn)允許端。當(dāng)該引腳訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使AT89S51只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），這時(shí)該引腳必須保 持低電平。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，用于施加Vpp編程電壓；

14、RST引腳：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。圖3單片機(jī)引腳3.4 計(jì)算器系統(tǒng)現(xiàn)狀計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電(T2 P1.0匚(T2EX) P1.1CF1.JEP1.4EiMOSl .Pl.t C(SCK)P1.7CRSTE:網(wǎng)助P32U ；TirrT.P3.3c|：TC；P3.4 C(T1JF3.5C桶ft)F*3jeriXTAL2CXTAL1CShD匚1402393384375e76站32103130122Q132S1427153J1&251724182320ci VCC PCC PD 1

15、 (AD卄 PC2inxi gramF3Arm WEei#TiPhmu耐I T0FD4ZELUT圖21按下=后顯示的結(jié)果25六、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)， 不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解， 將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際 當(dāng)中去，而且還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己， 超越自己。 創(chuàng)新 可以是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)， 使之功能不斷完善， 成為真己的東西。 設(shè)計(jì)結(jié)果能夠符合 題意，成功完成了此次課程設(shè)計(jì)要求，不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的，是這個(gè)過(guò)程。這個(gè) 過(guò)程中， 花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。 在高老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下， 獲得了豐富的理論 知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，單片機(jī)領(lǐng)域

16、這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)及工作有極大的幫助。然而我們也有許多不足之處。 在軟件編程時(shí)一定要考慮周到， 要有耐心要仔細(xì)。 還要與 硬件相聯(lián)系起來(lái)， 脫離了實(shí)物一切都是假的。 在理論上往往是可行的， 然而當(dāng)把程序燒入芯 片，進(jìn)行調(diào)試時(shí)就會(huì)遇到這樣那樣的的問(wèn)題。 最糟的是當(dāng)我們辛苦把實(shí)物完成， 而那電路有 完全沒(méi)反應(yīng)， 與我們的設(shè)想完全不同， 而我們又不知道是軟件問(wèn)題還是硬件問(wèn)題時(shí)， 就要靜 下心來(lái)， 一步一步來(lái)， 從硬件的芯片開(kāi)始檢查是否短路等等， 而軟件又要不斷地進(jìn)行仿真調(diào) 試。然而我們遇到的問(wèn)題除了焊接時(shí)可能導(dǎo)致的短路外， 還應(yīng)電壓不穩(wěn)定或過(guò)大而導(dǎo)致芯片 被燒毀， 總而言之， 我們還是缺少對(duì)芯片和各種器件的了解， 無(wú)法準(zhǔn)確的判斷出什么樣的現(xiàn) 象將是由原因引起的。就拿我來(lái)說(shuō)吧， 一開(kāi)始在繪制仿真和洞洞圖的時(shí)候就走了彎路， 本來(lái)有現(xiàn)成的模版， 我 只要在現(xiàn)成模版上加入4*4的鍵盤就可以， 但是一開(kāi)始沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)到老師說(shuō)的， 就自己從繪 制最小系統(tǒng)開(kāi)始，浪費(fèi)的時(shí)間， 到后來(lái)也沒(méi)有模版繪制的好， 最后還是用了模版。 在焊板子 的時(shí)候， 錫絲和烙鐵接觸的時(shí)間也沒(méi)有把握好， 導(dǎo)致出現(xiàn)了虛焊， 后來(lái)還是得一點(diǎn)一點(diǎn)重新 焊過(guò)。 在焊的時(shí)候沒(méi)有看清楚洞洞圖， 結(jié)果導(dǎo)致了一小段連接口沒(méi)焊， 在下載程序